DE653315C - Schaltanordnung zur Erzeugung von mehreren gegeneinander um gleiche Winkel verschobenen Spannungen aus einer einphasigen Wechselspannung zur Steuerung von Entladungsstrecken - Google Patents

Description

Es tritt häufig die Aufgabe auf, bei mehrphasigen Umformer.anordnungen, die mit gesteuerten Entladungsstrecken arbeiten, beispielsweise bei mehrphasigen Gleichrichtern 5 oder Wechselrichtern, die !einzelnen Steuerspannungen einem einphasigen Wechselstromnetz zu entnehmen. Es müssen dann die vorgeschriebenen Phasenverschiebungen, die zwischen den einzelnen S teuer spannungen eingehalten werden müssen, künstlich hervorgerufen werden. Es ist bereits vorgeschlagen worden, zu diesem Zweck eine Widerstandsanordnung, bestehend aus mehreren Zweigen mit je zwei in Reihe geschalteten Widerständen verschiedenen Scheinbetrages, zu verwenden. Bei der bekannten Anordnung sind diese Widerstandszweige alle parallel an das einphasige Wechselstromnetz angeschlossen, und die Steuerspannungen werden dann an den Verbindungspunkten zwischen,den beiden Widerständen jedes Zweiges abgenommen. Die einzelnen Widerstände müssen dabei so bemessen sein, daß sich, zwischen den genannten Verbindungspunkten ein regelmäßiger Spannungsstern ergibt.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe, mehrere gegeneinander um gleiche Winkel verschobene, zur cyclischen Steuerung von Entladungsstrecken dienende Spannungen unter Verwendung einer aus zwei Gruppen von Widerständen bestehenden Widerstandsanordnung aus einer einphasigen Wechselspannung zu erzeugen, dadurch gelöst, daß eine Schaltung gewählt wird, in welcher die Widerstände jeder Gruppe unter sich nach Blind- und Wirkkomponente übereinstimmen und mit den Widerständen der anderen Gruppe den gleichen resultierenden Wert besitzen, und daß die Widerstandsanordnung aus Zweigen besteht, deren jeder aus zwei zu verschiedenen Gruppen gehörigen Widerständen derart zusammengesetzt ist, daß die Spannungsvektoren zwischen den auf den verschiedenen Zweigen liegenden Verbindungspunkten zusammengehöriger ungleichartiger Widerstände einen regelmäßigen Spannungsstern b Ilen. Die Widerstandsanordnung kann dabei beispielsweise aus Ohmschen Widerständen und induktiven Widerständen bestehen. Die Ohmschen Widerstände können die eine Widerstandsgruppe, dJe induktiven Widerstände die andere bilden. Entscheidend ist, daß die resultierenden Werte sämtlicher Widerstände einander gleich sind, während

jedoch die Spannungsabfälle an den induktiven Widerständen um einen bestimmten Winkel gegenüber den Spannungsabfällen an den rein Ohmschen Widerständen verschoben sind.

Die Verwendung von Widerständen gleichen resultierenden Wertes bietet gegenüber ■ der Verwendung von Widerständen verschiedenen resultierenden Wertes wie bei der bekannten Anordnung erhebliche Vorteile. Es ist dadurch nämlich möglich, beispielsweise bei einem dreiphasigen Spannungssystem, durch einfaches Betätigen von Schaltern, über die die Eckpunkte der Widerstandsanordnung -an die speisende Spannungsquelle angeschlossen sind, ohne Veränderung der Anschlüsse der-Steuereinrichtung an die Widerstandsanordnung die Phasenlage der Steuerspannungen in Stufen von 60 zu 6o^v um volle 360° zu drehen. Damit läßt sich beispielsweise der Aussteuerungsgrad des Stromrichters grobstufig ohne Verwendung besonderer Regeleinrichtungen verändern. In besonders .vorteilhafter Weise kann man von der Möglichkeit der stufenweisen Phasenverdrehung der ■Steuerspannungen bei Wechselrichteranordnungen Gebrauch machen, da man dann in der Lage ist, die· Phasenlage der erzeugten Wechselspannung stufenweise zu verdrehen. Das ist insbesondere von Wichtigkeit für Wechselrichter, die mit anderen Stromquellen parallel arbeiten müssen, wenn die Schaltungsarten der zugehörigen Transformatoren verschieden sind. ■

Die Zahl der bei der erfindungsgemäßen Anordnung zu einer Gruppe gehörigen Einzelwiderstände richtet sich nach der Zahl und der gegenseitigen Phasenverschiebung der zu erzeugenden Steuerspannungen. Sollen 11 Steuerspannungen erzeugt werden, so sind in jeder Widerstandsgruppe η Einzelwiderstände, insgesamt also 2 η Widerstände, erforderlich, von denen -beispielsweise die eine Hälfte rein Ohmsche, die andere. Hälfte induktive Wider stände sein können. Für eine dreiphasige Umformer an Ordnung, beispielsweise einen Drehstrom-Gleichstrom-Umformer, sind drei Ohmsche Widerstände und drei induktive Widerstände notwendig. An Stelle der induktiven Widerstände können auch andere Widerstände verwendet werden, die gegenüber den Ohmschen Widerständen eine bestimmte Blindkomponente' besitzen. Wesentlich ist nur, daß sämtliche Widerstände beider Gruppen den gleichen resultierenden Wert haben, und daß die durch die Blindkomponente gebildeten Phasenwinkel ,zwischen den Spannungsabfällen der Widerstände der einen Gruppe und denen der anderen Gruppe sämtlich untereinander gleich sind.;

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Schaltung, bei der eine Einphasenwechselstromquelle gegeben ist und drei um 12O° gegeneinander phasenverschobene Steuer-'.spannungen erzeugt werden sollen. Die Fig. 2 und 3 zeigen zugehörige Vektordiagramme, in Fig. 4 ist die Schaltung eines Wechselrichters zur Umformung von Gleichstrom in Drehstrom dargestellt, bei dem die Erfin· dung zur Erzeugung der Gitterwechselspannungen der Entladungsstrecken angewendet ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind drei Ohmsche Widerstände/^₁, R₂₁ R_s und drei induktive Widerstände Z₁, Z₂, Z₃ vorgesehen. Je zwei Widerstände, 'und zwar jeweils ein Ohmscher Widerstand und ein induktiver Widerstand, sind hintereinandergeschaltet und bilden zusammen eine Dreieckschaltung, deren Eckpunkte über die Schalter 2 bis 6 an die Einphasenwechselstromquelle 7 anschließbar sind. An die Verbindungspunkte zwischen je zwei Widerständen ist der Verbraucher 8 angeschlossen, dem die in der Phase gegeneinander verschobenen Steuerspannungen zügeführt werden sollen. Zur Regelung der Größe der Spannungen dient ein einstellbarer Vorschaltwiderstand y.

In dem Vektordiagramm der Fig. 2 sind die Teilspannungen der Widerstandsanordnung g₀ nach Fig. 1 dargestellt, und zwar für den Fall, daß die Schalter 2 und 3 geschlossen sind, während die Schalter 4, 5, 6 und 6^a geöffnet bleiben. In dem Diagramm der Fig. 2 bedeutet E den Vektor der Wechselspannungsquelle 7, und die Spannungsabfälle der Teilwiderstände sind durch die Vektoren//? und JZ dargestellt. Es ist dabei angenommen, daß die induktiven Widerstände Z derart bemessen sind, daß⁷ ihr Spannungsabfall um 6o° gegenüber den Spannungsabfällen der Ohmschen Widerstände phasenverschoben ist. Das Diagramm zeigt, daß dem Stromverbraucher 8 drei um je 120⁰ gegeneinander in der Phase verschobene Spannungen zugeführt werden, die in dem Diagramm mit 9 bezeichnet sind. Das Diagramm der Fig. 3 gilt ebenfalls für die Schaltung nach Fig. 1, jedoch unter der Annahme, daß die Schalter 2, 3 und 4 geschlossen sind. Die Widerstände R₃ und Z₃ u₀ sind dann kurzgeschlossen, und die Spannung E der Wechselstromquelle 7 verteilt sich gleichmäßig auf die Widerstände Z₁, R₁ und Z₂, R>. Ein Vergleich zwischen den Diagrammen der Fig. 2 und 3 zeigt, daß an dem Verbraucher 8 in beiden Fällen drei um 120⁰ gegeneinander verschobene Spannungen entstehen, daß aber die beiden Spannungsdreiecke gegeneinander um 30⁰ in der Phase verschoben sind. In der gleichen Weise lassen sich weitere Diagramme bilden, wenn angenommen wird, daß andere Schalter bzw. Schalter-

gruppen der Widerstandsanordnung nach Fig. ι eingeschaltet bzw. ausgeschaltet sind. Fig. 4 zeigt als Anwendungsbeispiel der Erfindung einen Wechselrichter, der den von einer Gleichstromquelle 12 gelieferten Gleichstrom in Drehstrom !umwandelt und einem Drehstromnetz 13 zuführt. Der Wechselrichter besteht aus drei Quecksilberdampfentladungsgefäßen 11, die in üblicher Weise über Transformatoren 14 und Induktivitäten 15 an das Gleichstromnetz 12 und das Drehstromnetz 13 angeschlossen sind und deren Anoden durch Kondensatoren 16 verbunden sind. Die Steuergitter der Entladungsgefäße sind über Transformatoren 18 an eine Widerstandsanordnung ι angeschlossen, welche ebenso geschaltet ist wie die Widerstandsanordnung 1 in Fig. i. Die Widerstände sind auch hier über Schalter 2, 3, 4, 5, 6 und 6" an eine Wechseiao spannungsquelle 17 angeschlossen. Als Wechselspannungsquelle kann beispielsweise ein Wechselrichter dienen, welcher gleichstromseitig an die Gleichstromquelle 12 angeschlossen ist. Die Wirkungsweise der im Gitterkreis der Entladungsgefäße liegenden Widerstandsanordnung ergibt sich aus den Diagrammen der Fig. 2 und 3. In der Schaltung nach Fig. 4 ist beispielsweise angenommen, daß die Schalter 2, 3 und 4 geschlossen sind, während die Schalter 5, 6 und 6^a offen bleiben. Das Diagramm der Widerstandsanordnung entspricht somit dem Vektordiagramm der Fig. 3. Auch hier ist die Möglichkeit gegeben, durch einen Wechsel in der Kombination der Schalter 2 bis -6 andere Phasenlagen der Steuerspannungen der Entladungsgefäße zu erreichen und dadurch die Phase des dem Netz 13 ■ zugeführten Drehstromes beliebig zu ändern. Die Schalter 2 bis 6 werden dabei zweckmäßig zu einem Steuerschalter zusammengefaßt, der es gestattet, nacheinander verschiedene Winkellagen für die Gitterwechselspannungen einzustellen.

Obwohl die Erfindung für Wechselrichter von besonderer Bedeutung ist, kann sie auch für andere Umformeranordnungen, die mit Entladungsgefäßen arbeiten, verwendet werden, und zwar stets dann, wenn es darauf ankommt, den einzelnen an der Umformeranordnung teilnehmenden Entladungsstrecken Steuerspannungen zuzuführen, die um vorgeschriebene Winkel gegeneinander in der Phase verschoben sind.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltanordnung zur Erzeugung von mehreren gegeneinander um gleiche Winkel verschobenen. Spannungen aus einer einphasigen Wechselspannung zur Steuerung von Entladungsstrecken, die cyclisch nacheinander leitend werden, insbesondere in mehrphasigen Gleichrichters chaltungen, unter Verwendung einer aus zwei Gruppen von Widerständen bestehenden Widerstandsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände jeder Gruppe unter sich nach Blind- und Wirkkomponente übereinstimmen und mit den Widerständen der anderen Gruppe den gleichen resultierenden Wert besitzen, und daß die Widerstandsanordnung aus Zweigen besteht, deren jeder aus zwei zu verschiedenen Gruppen gehörigen Widerständen derart zusammengesetzt ist, daß die Spannungsvektoren zwischen den auf den verschiedenen Zweigen liegenden Verbindungspunkten zusammengehöriger, ungleichartiger Widerstände einen regelmäßigen Spannungsstern bilden.
2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch 1 für dreiphasige Umformer, insbesondere mit zwei gittergesteuerten, im Gegentakt arbeitenden Anoden je Phase, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dreieckschaltung vorgesehen ist, deren dnei Zweige je aus einem Ohmschen Widerstand und einem induktiven Widerstand in gleichsinniger Reihenschaltung bestehen, daß ferner die Eckpunkte der Dreieckschaltung über wahlweise zu betätigende Schalter an die speisende Einphasenwechselspannungsquelle angeschlossen sind, und daß die einen Klemmen der Gittertransformatorprimärwicklungen an die Verbindungspunkte zwischen je zwei Widerständen in den Zweigen der Dreieckschaltung angeschlossen sind, die anderen Klemmen miteinander zu einem Nullpunkt vereinigt sind.
3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltverbindungen zwischen der Widerstandsanordnung und der Einphasenwechselspannungsquelle derart _vertausehbar sind, daß die an der Widerstandsanordnung abgenommenen Spannungen unter Erhaltung ihres gegenseitigen Phasenabstandes ihre Phasenlagen gegenüber der speisenden Einphasenspannung ändern.
4. 4. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Widerstandsanordnung und die speisende Wechselspannungsquelle eine regelbare Impedanz geschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen